《工程信号分析处理》课程设计说明书.docx

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《工程信号分析处理》课程设计说明书

1前言

数学作为基础学科，是和工程技术及科学研究领域密不可分的。

在工程技术和科学研究中，数值运算往往很复杂，稍有疏忽，便会影响到整个工程或研究的结果。

因此，精确的数值计算及其工程仿真对于每一个科学研究者来说极其重要。

MATLAB是Math-works公司推出的—套高效率的数值计算和可视化软件。

它以极其强大的数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示功能以及一个方便的、界面友好的用户环境吸引了广大专家学者的关注。

特别是Simulink这个集成在MATLAB中的动态系统建模、仿真工具的问世使控制系统的计算机辅助设计向可视化的方向迈进了一大步。

从此，各种各样的电子系统建模与仿真摆脱了繁琐的关联矩阵求取和输入，可以将更多的精力集中在系统的设计和校正上，这尤其是电子系统专业学生的福音。

事实上，国际自控联（IFAC）第四次控制教育研讨会上就以把学生的软件技能和实际动手能力列为教育目标之一。

而世界各国在电于系统理论的教学中，均采用MATLAB及Simulink作为辅助教学软件，一方面可以摆脱繁杂的大规模计算，另—方面还可以使学生有机会自己动手构建模型，所花的代价要远小于实际建模。

2Simulink简介

Simulink是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。

它的存在使MATLAB的功能得到进一步的扩展。

这种扩展的意义表现在：

（1）实现了可视化建模，用户通过简单的鼠标操作就可建立起直观的系统模型，并进行仿真；

（2）实现了多工作环境间文件互用和数据交换，如simu1ink与MATLAB、FORTRAN以及C的工作环境的信息交换都可以方便地实现；（3）把理论研究和工程实现有机地结合在一起。

近几年，在学术界和工业领域，simulink已经成为在动态系统建模和仿真方面应用最广泛的软件包之一。

它的魅力在于强大的功能和简便的操作。

作为MATLAB的重要组成部分，simulink具有相对独立的功能和使用方法。

确切地说，它是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。

它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统等，并且系统可以是多进程的。

Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，采用这种方法进行系统设计，就像你用笔和纸来画一样容易。

它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比．具有更直观、方便、灵活的优点。

需要提出的一点是，用simulink创建的模型可以具有递阶层次结构，及允许用户建立自己的子系统。

在查看时，用户可以从最顶层开始，然后用鼠标双击其中的子系统模块，从而进入子系统模块进行查看，这样非常便于模型的条理化，从而帮助用户理解模型的整体结构以及各模块之间的关系。

3抑制载波的双边带幅度调制与解调

如果输入的基带信号没有直流分量，则得到的输出信号就是无载波分量的双边带调制信号，或称双边带抑制载波（DSB-SC）调制信号，简称DSB信号。

此时的DSB信号实质上就是

和载波

的相乘，其时域表达式为：

（3.1）

抑制载波双边带调幅信号的频谱：

（3.2）

抑制载波双边带调幅的调制过程实际上就是调制信号与载波的相乘运算，其模型如下:

图3.1抑制载波双边带调幅调制模型

由抑制载波双边带调幅信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。

解调中的频谱搬移同样可用调制时的相乘运算来实现。

图3.2抑制载波双边带调幅的相干解调

将已调信号乘上一个同频同相的载波，如图3.2所示，可得到：

（3.3）

用一个低通滤波器可以将上式中第1项和第2项分离，无失真地恢复出原始的调制信号。

这种调制方法又称为同步解调或相干解调。

　　相干解调的关键是必须产生一个同频同相的载波。

如果同频同相的条件得不到保证，则会破坏原始信号的恢复。

4Simulink仿真

利用SignalBuilder产生一个基带信号，如下图所示：

图4.1基带调制信号波形

利用SineWave得到一个10Hz的载波，如下图所示：

图4.210Hz载波波形

然后利用Simulink中的滤波器，乘法器，示波器等元件，根据DSB信号的调制和解调原理设计出仿真电路图，如下图所示：

图4.3仿真电路图

运行仿真，分别得到基带调制信号，DSB信号，DSB信号解调波形，如下图所示：

图4.4仿真波形

根据仿真后得到的波形看，将已调信号乘上一个同频同相的载波，用一个低通滤波器可以几乎无失真地恢复出原始调制信号。

恢复出的信号从波形上看，几乎无失真，仅在幅值上有所不同，原始信号的幅值要大于恢复后的信号。

由此以上看出，抑制载波双边带调幅的优点在于可以提高效率，减少干扰。

5心得体会

本设计要求采用matlab的Simulink工具箱实现对信号进行抑制载波双边带调幅（DSB-SC）和解调，设计仿真电路并得到仿真波形。

通过设计完成了题目的要求。

本次设计，首先针对题目进行分析，将所涉及的波形，频谱及相关函数做了研究，大体上能够把握了设计的流程以及思路。

再通过查阅相关资料，能对相关的知识做正确的记录，以便随时查看。

在问题的分析阶段中，就原始信号的频率和载波信号的频率做了比较，确定了具体的方案后，在针对Simulink中的有关模块进行学习和分析，这样就提高了学习的针对性，同时节约了设计的时间。

在设计过程中，充分的利用Simulink工具箱中的模块，通过查看模块的用法以及例题，正确的实现本设计。

同时本设计中所运用的通信原理中的相关理论知识，成功的实现了仿真。

在设计过程中，也遇到了许多的困难。

如原始波形的产生，滤波器的选用和参数设置。

但是最终通过查阅资料和实践，最终解决了问题，成功完成了仿真。

总之，在本设计中，通过自己的努力，认真学习Simulink工具箱的用法，通过设计前后的分析，大大提高了自己解决问题的能力。

而在设计过程中通过对错误的改正，也加强了自己对相关知识的理解，这将对以后的学习工作有着很大的帮助。

同时由于本次设计运用了不同的知识，这样我就可以更好的将不同科目的知识进行联系学习，对学习有巨大的帮助！

参考文献

[1]曹志刚,钱亚生.现代通信原理.北京：

清华大学出版社，2006.10.

[2]张志涌.精通MATLAB6.5版.北京：

北京航天航空大学出版社，2005.8.

[3]程佩青.数字信号处理教程.北京：

清华大学出版社，2006.10.

[4]刘树棠.信号与系统.西安：

西安交通大学出版社，2005.4.

[5]樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理（第5版）.北京：

国防工业出版社，2001.5.

致谢

在本次课程设计中，我从中学到了不少东西，不仅加强了动手能力，也加深了对理论的认识，其中离不开同组同学的帮助和支持，在此表示感谢。

课程设计不仅能检验我们对理论知识的掌握，也了解了设计的思路，在此我要感谢学校开设的这门课程，以及对我们的培养。

在课程设计过程中，当我们遇到困难时，指导老师的认真指导指引我们成功完成设计，在此表示万分的感谢！